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신재생에너지, 어디까지 들어봤니?

  • 2017.04.20.
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출장이나 여행 중 지방도로를 달리다 보면 이제는 심심치 않게 태양광과 풍력발전 설비들을 만나볼 수 있다. 불과 10년 전만도 흔하지 않던 새로운 에너지는 이제 확산을 넘어 대중화로까지 성장하고 있다. 그래서일까? 일반적으로 신재생에너지라고 하면 태양광과 풍력을 떠올리게 된다.

하지만 전 세계적으로 가장 많은 전기를 생산하는 신재생에너지는 태양광도 풍력도 아닌 바로 물을 이용한 수력발전이다. 그 다음은 바이오매스가 자리를 잡고 있다. 이 둘은 태양광과 풍력이 신재생 대표주자로 자리 잡기 이전부터 세계 각지에서 활약해 왔고, 지금도 많은 국가들이 주력 발전으로 사용하고 있다.

이외에도 자연의 힘을 이용해 전기를 생산하고자하는 노력은 다양하게 진행되고 있다. 잘 알려지진 않았지만 그동안 인류가 시도해 온 다양한 신재생에너지의 종류와 이들이 왜 지금은 주력으로 언급되지 않는 지를 알아보도록 하자.

기후변화 최고의 해법으로 주목받았던 조력
물을 이용한 신재생에너지 중 조력과 조류발전은 빼놓을 수 없는 아이템이다. 특히 조력발전은 한 때 우리나라의 온실가스 감축 최고 해법으로 꼽히기도 했던 기술이다. 조력발전은 바다에서 하루 두 번 발생하는 밀물과 썰물을 이용한다는 점은 익히 잘 알려져 있다. 해안이나 연안에 둑을 건설해 밀물과 썰물시 물을 가둬두고 조수간만의 차가 생기면 둑을 열어 물의 흐름으로 전기를 생산한다.

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안산 시화방조제에 건설된 시화조력발전소

기본적인 개념은 일반 화력발전소와 매우 유사하다. 발전소가 물을 끓여 증기를 만들고 증기 압력으로 터빈을 돌려 발전기에서 전기를 생산하듯, 조력발전은 모아두었던 물을 쏟아내면서 그 압력으로 수차(발전기)를 돌려 전기를 생산한다.

조력발전은 발전형식에 따라 복류식과 단류식으로 구분된다. 복류식은 밀물과 썰물 때 모두 발전을 한다. 단류식은 밀물과 썰물 중 한번만 발전을 한다. 우리나라에는 시화조력발전소가 있는데, 이곳은 단류식 방법을 사용하고 있다. 시화조력 인근 지역이 간척지로 개발된 계획도시로 밀물을 모두 받아들일 경우, 일부 지역에 침수피해가 발생하기 때문이다.

조력발전은 다른 신재생과 달리 발전시간을 정확히 예측할 수 있고, 발전량도 많다는 특징이 있다. 일조량과 바람에 따라 발전효율이 들쑥날쑥한 태양광·풍력과 달리 밀물과 썰물이라는 정해진 조건에서 발전을 할 수 있고 설비규모도 1GW 수준까지 가능하다.

한때는 우리나라에 가장 적합한 신재생으로 여겨지기도 했었다. 서해안만큼 해안구조가 복잡하고 조수간만의 차이가 큰 곳은 세계적으로도 드물기 때문이다. 이에 발전공기업들을 중심으로 인천만 조력, 가로림 조력, 강화 조력 등 다수의 사업이 계획되기도 했었다.

하지만 이런 장점과 달리 실제 사업화로 이어지는 사례는 많지 않다. 바로 환경오염 문제 때문인데, 위 언급된 3개 조력 사업 역시 지금은 사실상 무산된 상태다. 시화조력의 경우는 당초 시화호 담수화 사업이 실패해 방조제 내의 물과 해수의 유통이 결정되면서 건설됐다. 방조제로 인해 썩어가던 물이 바닷물과 섞이면서 생태계가 다시 살아난 사례이기도 하다.

물을 사용한 또 다른 신재생 조류와 파력
물을 사용한 또 다른 신재생으론 조류와 파력이 있다. 조류는 조력과 명칭이 비슷하지만 강에서 바다로 흐르는 물의 흐름을 그대로 이용한다는 점에서 다르다. 밀물과 썰물 때만 발전하는 조력과 달리 물만 계속 흐른다면 항시 발전이 가능하다. 우리나라에서는 물살이 빠르기로 유명한 울돌목에 정부 실증사업으로 2009년 조류발전이 들어서기도 했다.

조류발전은 바람 대신 물살을 이용할 뿐, 그 모양새와 발전방식은 풍력과 매우 유사하다. 때문에 업계에서는 물 속의 풍력이라고 부르기도 한다. 하지만 풍력과 달리 물이 흐르는 내내 발전이 가능하고, 강수량과 계절에 따라 수량예측도 가능해, 발전량을 예측할 수 있다는 장점이 있다.

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울돌목 조류발전소 건설 당시 모습

하지만 조류발전 역시 환경 파괴, 안전사고 등 환경적 요인으로 인해 실제 사업화 사례는 많지 않다. 특히 조류발전 설치지역 변전소까지의 전력망 연결비용, 고장 시 유지보수 문제로 경제성에도 논란이 일고 있다. 일부 벤처기업들이 유럽 기술을 들여와 국내에서 사업에 나서기도 했지만, 아직까지 이렇다 할 성과는 나오지 않고 있다.

파력은 말 그대로 파도의 힘을 이용한 기술이지만, 다른 신재생과는 달리 다양한 방법들이 동원되고 있다. 일반적으로 파도의 상하 운동을 이용하지만, 파도 자체의 충격에너지나 흔들림을 이용하기도 한다.

파도 상하운동도 케이블 인장력을 이용한 방법과 공기 압축을 이용한 방법 등이 있다. 케이블 인장법은 바다 위 부력체가 파도의 움직임에 따라 위 아래로 움직이면서 케이블을 당겼다 놓는 힘으로 발전을 한다. 공기압축은 파도가 밀폐된 공간에 들어오면서 내부에 있던 공기를 밀어내는 힘으로 발전을 하는 방식이다.

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인진이 제주 북촌 해안에 설치한 파력발전 시스템

최근 우리나라에서는 ‘인진’이라는 회사가 파력발전 사업을 벌이고 있다. 기존 파력발전과 달리 수심이 그리 깊지 않은 곳에도 부력체를 설치할 수 있고 부력체와 케이블로 연결된 발전기는 육지에 설치돼 있어 해저케이블 연결비용 문제도 해결했다.

석탄으로 하는 신재생에너지 IGCC(석탄가스화복합발전)
신재생에너지는 신에너지와 재생에너지를 합친 용어이다. 신에너지는 기존 화석연료가 아닌 생물학적 연료 등을 태워 전기를 생산하는 방법으로 대표적으로 바이오매스가 이에 속한다. 신에너지는 태양광·풍력과는 달리 별도의 연소과정이 존재해 이를 친환경 에너지로 분류하는 것에 대해 아직 논란이 일고 있다. 비슷한 이유로 연료전지 역시 논란의 대상이 되고 있다. 연료전지는 수소 화학반응에 의해 전기를 생산하지만, 현재 수소를 뽑아내는 연료는 LNG이기 때문이다.

IGCC(석탄가스화복합발전)는 위와 같은 논란이 제기되는 신재생에너지 중 가장 규모가 크다. 그리고 석탄을 사용하면서도 신재생에너지로 분류되는 독특한 발전방식이기도 하다. 국내에서는 두산중공업과 한국서부발전이 국가 연구과제로 지난해 350MW 규모의 발전소 상용운전에 성공하기도 했다.

IGCC는 크게 두 가지 설비로 나뉜다. 하나는 석탄에서 가스를 뽑아내는 가스화기, 또 다른 하나는 가스화기에서 뽑아낸 가스로 발전을 하는 발전소다. 발전소는 일반적으로 볼 수 있는 가스복합화력과 동일한 구조다. 가스를 태워 먼저 가스터빈을 돌리고 이 열기를 배열회수보일러로 보내 보일러 증기로 다시 스팀터빈을 돌리는 식이다. 사용하는 가스가 LNG가 아닌 석탄합성가스라는 점만 다를 뿐 나머지 과정은 가스복합과 동일하다. 논란은 있었지만, 일단 우리 정부는 IGCC를 신재생에너지로 분류하고 있다.

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한국서부발전의 태안 IGCC

IGCC는 석탄을 직접 태우는 것보다, 가스를 뽑아내 연소하는 것이 대기오염물질을 적게 배출한다는 점에서 착안했다. 석탄을 고온·고압 처리해 완전 용융시켜 가스를 뽑아내는데, 이 과정에서 나오는 황산과 슬래그는 재활용이 용이하고 중금속 함유도 낮다. 특히 석탄합성가스로 발전소를 가동하면 일반 석탄화력 대비 대기오염물질을 크게 줄일 수 있다. 특히 저열량탄을 사용할 수 있다는 점은 IGCC의 가장 큰 장점이다.

하지만 최근 IGCC에 대한 평은 과거만큼 후하지 않다. 가장 큰 이유는 자원 간 가격 이슈 때문이다. 사실 석탄에서 합성가스를 추출하는 기술은 석유화학 분야에서 먼저 시작됐다. 국제유가와 가스가격이 계속 상승하자 석탄에서 합성가스를 뽑아내는 방법을 구상했고, 더 나아가 발전까지 다다른 것이 IGCC다. 이 당시에만 해도 국제유가는 배럴당 100달러 이상으로 고공행진을 하고 있었다.

지금은 정반대의 상황이다. 셰일오일 등 비전통자원의 대두로 국제유가는 폭락하기 시작하면서 석탄가스화에 대한 경제성은 예전 같지 않은 상황이 됐다. 설상가상으로 국제 석탄가격은 최근 1년 넘게 꾸준히 상승하는 모습을 보였었다.

이밖에도 땅속의 일정한 온도를 이용해 냉난방 에너지로 활용하는 지열과 폐광 등 지리적으로 밀폐된 공간에 공기를 압축저장하고 필요할 때 빼내 발전하는 압축공기 발전시스템 등 다양한 시도들이 에너지 분야에서 진행되고 있다.

이들 중에는 경제성이 떨어져 외면 받고 있는 것들도 있다. 하지만 우리가 화석연료 의존을 벗어나려 노력해 온 기간이 그리 길지 않음을 생각하면, 향후 어떤 기술이 주력으로 떠오를 지는 아직 알 수 없을 것이다.

조정형 에너지 전문기자
jenie@etnews.com

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